Región de Murcia
Fundación Séneca
FSE

Identificación de selección positiva en la abeja ibérica (Apis mellifera iberiensis) mediante secuenciación del genoma completo

Nace en Murcia en 1982. En 2006 obtiene la licenciatura en Ciencias Ambientales por la Universidad de Murcia (UM). A continuación realiza los cursos de doctorado en la UM obteniendo el título de suficiencia investigadora en 2008. Entre 2009-2013 desarrolló su proyecto de tesis doctoral en el departamento de Zoología y Antropología Física de la Facultad de Biología de la UM, bajo la dirección de la Dra. Mª Pilar de la Rúa, obteniendo el grado de doctor en 2013 por la UM. Durante la realización de la tesis doctoral disfrutó durante 2008-2012 de una beca del Programa Nacional de Formación del Profesorado Universitario del Ministerio de Ciencia e Innovación. Mientras desarrolló la tesis realizó estancias investigadoras, en el Instituto de Biología de la Universidad Martin-Lutero de Halle-Wittenberg (Alemania) en el año 2009 bajo la supervisión del Dr. Robin Moritz, en la Escuela Superior Agraria (ESA) del Instituto Politécnico de Braganza (Portugal) en el año 2010 bajo la supervisión de la Dra. Mª Alice Pinto y en el Centro Apícola Regional de Marchamalo de la Junta de Castilla-La Mancha (España) en los años 2011 y 2012 bajo la supervisión del Dr. Mariano Higes. Tras finalizar la tesis obtuvo un contrato en el departamento de Ecología e Hidrología de la Facultad de Biología de la UM durante el año 2013. En el año 2014 obtuvo una beca de la Fundación Séneca para realizar una estancia posdoctoral investigado acerca de la identificación de la selección positiva en la abeja ibérica mediante secuenciación del genoma completo en la ESA del Instituto Politécnico de Braganza (Portugal) con la Dra. Mª Alice Pinto. Paralelamente está asociada al desarrollo del proyecto 11961/PI/09 de la Fundación Séneca y en el proyecto BIOBOMBUS CGL2012-34897 del Ministerio de Economía y Competitividad. Posee comunicaciones en congresos nacionales e internacionales, así como publicaciones científicas en revistas de carácter nacional e internacional.


Resumen del proyecto de investigación

Descifrar la base genética del proceso de adaptación de los organismos ha sido y es uno de los objetivos fundamentales de la biología evolutiva. Esta cuestión es particularmente importante para la abeja melífera (Apis mellifera Linnaeus 1758) cuya función polinizadora tanto de cultivos agrícolas como de flora silvestre posee un elevado valor ambiental y económico. Actualmente, las abejas melíferas se enfrentan a presiones cada vez mayores como resultado del uso intensivo del paisaje, el cambio climático y a la propagación de plagas y enfermedades tanto naturales como introducidas que han ocasionado el aumento de la pérdida de colmenas durante la última década. En este proyecto, voy a realizar el análisis de los datos de la secuenciación del genoma completo (whole-genome sequencing en inglés, WGS) de 120 individuos pertenecientes a poblaciones de abejas ibéricas y otras subespecies de abejas de referencia. Realizaré un ensayo  sobre las mutaciones segregantes de las poblaciones, lo que proporcionará un mayor poder en la detección de la selección positiva y en la identificación de las posibles mutaciones causales. El conjunto de datos de WGS lo examinaré utilizando una batería de herramientas genómicas y subgenómicas basadas en diferentes métodos:“site frequency spectrum”, desequilibrio de ligamiento, subdivisión poblacional, y estructura de los haplotipos. Con este potente set de datos y con los análisis implementados en este proyecto podre testar diversas hipótesis sobre el origen de A. m. iberiensis, realizar un mapa genómico completo de la selección positiva y utilizar dichos datos para estudiar y entender cómo responden las abejas melíferas ante los cambios ambientales, lo cual proporcionará una base científica para la conservación de la diversidad genética de A. mellifera.

Área de conocimiento

Biología vegetal y animal, Ecología, Agricultura, ganadería y pesca,alimen.

Centro de investigación

Centro de Investigación de Montaña (CIMO) de la Escuela Superior Agraria (ESA) del Instituto Politécnico de Bragança (IPB)

Período de Actividad

01/04/2014

Resultados más destacados del proyecto

Publicaciones relacionadas con el proyecto de beca:

1. Muñoz I., Henriques D., Chávez-Galarza J., Rufino J., Johnston J.S., Pinto M.A. Development of reduced SNP panels for genetic identification and introgression analysis in the dark honey bee (Apis mellifera mellifera). PLoS ONE 10(4): e0124365. doi:10.1371/journal.pone.0124365.

 

Comunicaciones a congresos relacionados con el proyecto de beca:

1. Pinto M.A., Chávez-Galarza J., Henriques D., Rufino J., Azevedo J.C., Muñoz I., De la Rúa P., Patton J.C., Johnston J.S. Estrutura populacional e variabilidade genética da abelha ibérica (Apis mellifera iberiensis) revelada por marcadores do ADN mitocondrial e nuclear: implicações na actividade apícola. III Congreso Ibérico de Apicultura. Mirandela (Portugal), 13-15 de abril de 2014. Oral.

2. Pinto M.A., Chávez-Galarza J., Henriques D., Francoy T.M., Rufino J., Muñoz I., De la Rúa P., Johnston J.S. Population structure of Iberian honey bees: concordance among mtDNA, geometric morphometrics and SNPs. 6th European Conference of Apidology. Murcia (Spain), 9-11 de septiembre de 2014. Oral.

3. Muñoz I., Henriques D., Chávez-Galarza J., Rufino J., Johnston J.S., Pinto M.A. Evaluating the performance of a variable number of SNPs for genetic identification and introgression analysis in the dark honey bee. 6th European Conference of Apidology. Murcia (Spain), 9-11 de septiembre de 2014. Invited Speaker. Oral.

 

Principales 5 resultados

1.     Muñoz I., Dall´Olio R., Lodesani M., De la Rúa P. 2009. Population genetic structure of coastal Croatian honey bees (Apis mellifera carnica). Apidologie 40: 617–626.

2.     Muñoz I., Madrid-Jiménez M.J., De la Rúa P. 2012. Temporal genetic analysis of an introgressed island honey bee population (Tenerife, Canary Islands, Spain). Journal of Apicultural Research 51: 144–146.

3.     Muñoz I., De la Rúa P. 2012. Temporal analysis of the genetic diversity in a honey bee mating area of an island population (La Palma, Canary Islands, Spain). Journal of Apicultural Science 55: 141–148.

4.     Muñoz I., Pinto M.A., De la Rúa P. 2013. Temporal changes in mitochondrial diversity highlights contrasting population events in Macaronesian honey bees. Apidologie 44: 295-305 (DOI: 10.1007/s13592-012-0179-0).

5.     Muñoz I., Cepero A., Pinto M.A., Martín-Hernández R., Higes M., De la Rúa P. 2014. Presence of Nosema ceranae associated with honeybee queen introductions. Infection, Genetics and Evolution 23: 161–168, DOI: 10.1016/j.meegid.2014.02.008.

Objetivos científicos alcanzados hasta la fecha

Durante el desarrollo de mi beca postdoctoral (desde el 1 de abril de 2014), he determinado el número óptimo de polimorfismos de un solo nucleótido (SNPs) que se requieren para verificar el origen de los individuos de Apis mellifera mellifera  (subespecie perteneciente al linaje evolutivo de Europa occidental o linaje M), y para proporcionar estimaciones precisas del nivel de introgresión genómico de subespecies del linaje evolutivo de Europa del este (linaje C). He evaluado el poder discriminante de 1536 SNPs usando cinco aproximaciones metodológicas: FST de Weir & Cockerham, FST con un enfoque de probabilidad bayesiana para detectar loci que se desvían de las expectativas neutras (outliers), Delta, informatividad (In), y un análisis de componentes principales (PCA). Este análisis me ha permitido diseñar cinco paneles de SNPs que contienen 48, 96, 144, 192 y 384 SNPs con los valores más altos de informatividad genética para asignar correctamente a los individuos a su población de origen y estimar con una gran precisión (porcentaje de asignaciones correctas mayor del 98%) los niveles de introducción entre poblaciones. Estos paneles pueden ser una herramienta esencial para la identificación genética y estimación de la introgresión en poblaciones europeas de abejas, y además pueden ayudar a la gestión y a la monitorización de los programas de conservación. Los resultados de este estudio fueron presentados en el VI Congreso Europeo de Apidología celebrado en septiembre de 2014 y se han publicado en PLoS ONE.

Estancias Anteriores

Mientras desarrolló la tesis doctoral realizó tres estancias investigadoras, la primera en el Instituto de Biología de la Universidad Martin-Lutero de Halle-Wittenberg (Alemania) en el año 2009 bajo la supervisión del Dr. Robin Moritz para estudiar el patrón temporal de la diversidad genética, el tamaño poblacional y densidad de colmenas de abejas de La Palma y Tenerife (Islas Canarias, España), la segunda en el Centro de Investigación de Montaña de la Escuela Superior Agraria del Instituto Politécnico de Braganza (Portugal) en el año 2010 bajo la supervisión de la Dra. Mª Alice da Silva Pinto para el análisis de los patrones geográficos de diversidad genética de la abeja melífera en Portugal (continente e islas) mediante el estudio del ADN mitocondrial,  y por último en el Centro Apícola Regional de Marchamalo (Guadalajara) de la Junta de Castilla-La Mancha (España) en los años 2011 y 2012 bajo la supervisión del Dr. Mariano Higes para el diagnóstico molecular de enfermedades apícolas de las abejas melíferas de la Región Macaronésica.

Actualmente investiga en la linea

Las áreas de mi investigación actual son la Biología Molecular, Genética de Poblaciones, Genómica, Apicultura y Salud de la abeja de la miel (Apis mellifera). Mi investigación se centra principalmente en la genética de poblaciones y la conservación. En primer lugar, estoy analizando la respuesta de la abeja ibérica (Apis mellifera iberiensis) ante los cambios ambientales para proporcionar una imagen más completa de la abeja ibérica mediante el examen de la importancia de los procesos demográficos y selectivos en la conformación de los patrones de diversidad genética. En segundo lugar, estoy examinando la diversidad genética, y su implicación en la conservación de las poblaciones de abejas de la región macaronésica y de Europa del Este. Otros intereses, están relacionadas con la salud de las abejas y la determinación molecular de patógenos que pueden estar asociados con el declive de las poblaciones de abejas y la variación de la diversidad genética. 


Descríbenos tu día a día en el centro

Un día normal comienza a las nueve de la mañana y termina sobre las seis de la tarde. Se han terminando las obras del nuevo centro de investigación del CIMO en el cual tengo mi despacho. Así, a las 9 compruebo el correo e inicio el trabajo de análisis de los datos de los genomas completos. Durante la mañana discuto con mis compañeros Dora Sofia Martins Henriques y Julio Cesar Chávez-Galarza Denis Jacquemin el estado de los análisis y la redacción de trabajos. Tras la pausa del almuerzo, comida temprana en España, continúa el trabajo y nos reunimos con la Dra. Maria Alice da Silva Pinto para compartir las novedades y marcar las pautas de futuros trabajos.

Enlaces a publicaciones o resultados propios

http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0124365

Dinos por qué elegistes este centro

La Dra. Pinto del Instituto Politécnico de Braganza (Portugal) tiene una gran experiencia en el análisis del ADN mitocondrial y marcadores microsatélites de muestras de abejas melíferas. En el año 2009 consiguió financiación como investigadora principal en el proyecto del Plan Apícola de Portugal titulado “Padrões geográficos de diversidade genética da abelha melífera em Portugal (continente e ilhas): a história contada pelo ADN mitocondrial”, cuyos resultados han dado lugar publicaciones en revista de impacto y numerosas comunicaciones a congresos. Durante los últimos años ha estado y sigue en contacto con grupos de investigación norteamericanos de la Universidad de Purdue (Texas) en relación con el desarrollo de nuevos marcadores moleculares para el análisis genómico poblacional de abejas, por lo que su experiencia es de indudable valor. Dicha colaboración permitió en el año 2010 la realización de un proyecto estrechamente relacionado con la temática del presente proyecto “Patterns and processes of (neutral and adaptive) variation in the honey bee (Apis mellifera iberiensis) hybrid zone of the Iberian Peninsula: a population genetics approach integrating population genomics and landscape genetics” (PTDC/BIA-BEC/099640/2008). Los primeros resultados han permitido por un lado obtener el potente set de datos WGS de 120 individuos haploides que van a ser analizados en el presente proyecto y por otro lado han permitido realizar una primera aproximación con el análisis de SNPs en el genoma de la abeja ibérica. Además, el equipo de la Dra. Pinto cuenta con la disponibilidad del soporte informático y computacional disponible en el Instituto Politécnico de Braganza y el CIMO y el apoyo del servicio de estadística, así como la colaboración de otros grupos internacionales expertos en la materia.

¿Sigues un programa formativo en el centro?

Actualmento no participo en ningun programa formativo del IPB.

Háblanos de tu ciudad, aquello que desees resaltar de ella, que te ha llamado más la atención, lo esencial

Braganza es la capital del distrito de Braganza, en la subregión de Alto Trás-os-Montes en la Región Norte de Portugal, situada en las faldas de la sierra de Montesinho. El municipio es uno de los más septentrionales del Portugal continental, limita al norte y al este con España. Los celtas dieron el nombre Brigantia a la ciudad, fundada en el siglo II a.C. Es uno de los municipios portugueses de mayor extensión, con 1173,6 km² de superficie y constituye un importante centro cultural, que debe su notable crecimiento de población y el desarrollo de la ciudad a la creación del Instituto Politécnico de Braganza.

Braganza es un lugar de interés histórico y artístico, especialmente por su ciudadela, que preside un castillo. La zona antigua se encuentra rodeada por la muralla del castillo del siglo XII, a partir de la cual se ha expandido la ciudad. Todo el casco viejo tiene sus calles empinadas, en las que aparecen viejas casonas de cierta calidad, con sus magníficas piedras graníticas.

Y cuando no investigas, ¿qué te ofrece la ciudad para tu tiempo libre?

Braganza es una ciudad activa debido a la gran cantidad de estudiantes, y presenta buenos servicios culturales y deportivos. Además se encuentra a faldas de la sierra de Montesinho, declarado parque natural, lo que permite realizar rutas de senderismo y disfrutar de la naturaleza.

WEB del centro

http://cimo.esa.ipb.pt/portal/

¿Cómo accediste al centro?

Accedí al centro debido a una colaboración previa durante el desarrollo de mi tesis doctoral y la realización de una estancia predoctoral que me permitió conocer al grupo de investigación y el trabajo desarrollado en él.

¿Qué caracteriza el centro en el ámbito internacional?

CIMO-Centro de Investigação de Montanha (Centro de Investigación de Montaña), con sede en la Escuela de Agricultura del Instituto Politécnico de Bragança (Portugal), es un centro de investigación multidisciplinar. La mayoría de miembros de la CIMO son profesores en el Instituto Politécnico de Bragança, el Instituto Politécnico de Viana do Castelo, de la Universidad de Trás-os-Montes y Alto Douro y la Universidad de Madeira. CIMO tiene como objetivo el estudio y la valorización de los recursos naturales de montaña, los ecosistemas forestales y agrícolas, y productos locales con el fin de desarrollar sistemas sostenibles económicos, sociales y ambientales. El centro cuenta actualmente con 162 miembros, 74 de los cuales con un doctorado, especialistas en una amplia gama de campos, entre agronomía, ciencias biológicas, ciencias físicas y las ciencias sociales. Esta diversidad de orígenes y experiencia permite que el centro sea notablemente multidisciplinario que se adapte a los objetivos principales de estudio: sistemas complejos de montaña (físico - biológico - humano). CIMO es parte de la red nacional de investigación financiado por la Fundación de Ciencia y Tecnología de Portugal (FCT) desde 2003. CIMO es miembro de EuroMontana, asociación europea para la cooperación y el desarrollo de los territorios de montaña. CIMO está organizado en los siguientes grupos de investigación: Seguridad alimentaria y Tecnología (FST), Servicios Ecosistémicos Marginales del territorio (MLES) y Sistemas de la Agricultura de Montaña (MFS).

¿Qué consejos darías a otros jóvenes investigadores que quieran acudir a este centro?

Las instalaciones disponibles en CIMO comprenden laboratorios de investigación en la Escuela de Agricultura de IPB en los campos de la biología, ecología, nutrición animal, sanidad vegetal, silvicultura y otros, y actualmente se han terminando las obras de una nueva instalación  (LABinCIMO), que comprende más de 1.000 m2 para albergar laboratorios en el ámbito de edafología, química analítica, bromatología, microbiología y la ingeniería molecular. Esta equipación junto con la multidisciplinaridad del CIMO ofrece multitud de oportunidades a los jovenes investigadores.

¿Que estas haciendo?

Actualmente estoy realizando la “interrogación de regiones subgenómicas candidatas”, cuyo objetivo es confirmar la selección en la abeja melífera, la cual fue previamente identificada en un estudio previo mediante el análisis de SNPs, para ello estoy realizado un análisis en profundidad de la variación de las secuencias alrededor de las regiones subgenómicas candidatas (100 kpb) para proporcionar más evidencias de la selección positiva en la abeja ibérica, estimar la fuerza de la selección, localizar a una escala mucho más fina los puntos directos de dicha  selección, estimar su edad, y encontrar la fuente de los alelos o variantes beneficiosas.

Espero completar dichos análisis para proporcionar una primera versión del mapa de selección del genoma la abeja ibérica, lo cual permitirá responder a muchas preguntas relacionadas con la evolución adaptativa.

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